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EDA技術(shù)及其應(yīng)用
摘要：在簡要介紹了EDA技術(shù)特點(diǎn)的基礎(chǔ)—L，用EDA技術(shù)作為開發(fā)手段，實(shí)現(xiàn)一個數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計。系統(tǒng)采用了頂層圖形設(shè)計思想，基于硬件描述語言AI扔L，以可編程器件為核心，具有體積小、可靠性高、靈活性強(qiáng)等特點(diǎn)。并比較了EnA技術(shù)與傳統(tǒng)電子設(shè)計方法的差異，總結(jié)出別rA技術(shù)的優(yōu)勢。
關(guān)鍵詞：EDA數(shù)字系統(tǒng)CPLDVHDL
電子設(shè)計的必由之路是數(shù)字化，這已成為共識。在數(shù)字化的道路上，我國的電子技術(shù)經(jīng)歷了一系列重大的變革。從應(yīng)用小規(guī)模集成電路構(gòu)成電路系統(tǒng)，到廣泛地應(yīng)用微控制器或單片機(jī)(MCU)，在電子系統(tǒng)設(shè)計上發(fā)生了具有里程碑意義的飛躍。電子產(chǎn)品正在以前所未有的速度進(jìn)行著革新，主要表現(xiàn)在大規(guī)模可編程邏輯器件的廣泛應(yīng)用。特別在當(dāng)前，半導(dǎo)體工藝水平已經(jīng)達(dá)到深亞微米，芯片的集成高達(dá)到干兆位，時鐘頻率也在向干兆赫茲以上發(fā)展，數(shù)據(jù)傳輸位數(shù)達(dá)到每秒幾十億次，未來集成電路技術(shù)的發(fā)展趨勢將是SOC(System0haCh5p)片上系統(tǒng)。從而實(shí)現(xiàn)可編程片上系統(tǒng)芯片CPU(復(fù)雜可編程邏輯器件)和5PGA(現(xiàn)場可編程門陣列)必將成為今后電子系統(tǒng)設(shè)計的一個發(fā)展方向。所以電子設(shè)計技術(shù)發(fā)展到今天，又將面臨另一次更大意義的突破，5PGA在EDA(電子設(shè)計自動化)基礎(chǔ)上的廣泛應(yīng)用。
EDA技術(shù)的概念:EDA是電子設(shè)計自動化(E1echonicsDes5pAM·toM60n)的縮寫。由于它是一門剛剛發(fā)展起來的新技術(shù)，涉及面廣，內(nèi)容豐富，理解各異，所以目前尚無一個確切的定義。但從EDA技術(shù)的幾個主要方面的內(nèi)容來看，可以理解為：EDA技術(shù)是以大規(guī)�？删幊踢壿嬈骷䴙樵O(shè)計載體，以硬件描述語言為系統(tǒng)邏輯描述的主要表達(dá)方式，以計算機(jī)、大規(guī)�？删幊踢壿嬈骷拈_發(fā)軟件及實(shí)驗開發(fā)系統(tǒng)為設(shè)計工具，通過有關(guān)的開發(fā)軟件，自動完成用軟件的方式設(shè)計電子系統(tǒng)到硬件系統(tǒng)的一門新技術(shù)�？梢詫�(shí)現(xiàn)邏輯編譯、邏輯化簡、邏輯分割、邏輯綜合及優(yōu)化，邏輯布局布線、邏輯仿真。完成對于特定目標(biāo)芯片的適配編譯、邏輯映射、編程下載等工作，最終形成集成電子系統(tǒng)或?qū)Ｓ眉尚酒DA技術(shù)是伴隨著計算機(jī)、集成電路、電子系統(tǒng)的設(shè)計發(fā)展起來的，至今已有30多年的歷程。大致可以分為三個發(fā)展階段。20世紀(jì)70年代的CAD(計算機(jī)輔助設(shè)計)階段：這一階段的主要特征是利用計算機(jī)輔助進(jìn)行電路原理圖編輯，PCB布同布線，使得設(shè)計師從傳統(tǒng)高度重復(fù)繁雜的繪圖勞動中解脫出來。20世紀(jì)80年代的QtE(計算機(jī)輔助工程設(shè)計)階段：這一階段的主要特征是以邏輯摸擬、定時分析、故障仿真、自動布局布線為核心，重點(diǎn)解決電路設(shè)計的功能檢測等問題，使設(shè)計而能在產(chǎn)品制作之前預(yù)知產(chǎn)品的功能與性能。20吐紀(jì)如年代是EDA(電子設(shè)計自動化)階段：這一階段的主要特征是以高級描述語言，系統(tǒng)級仿真和綜合技術(shù)為特點(diǎn)，采用“自頂向下”的設(shè)計理念，將設(shè)計前期的許多高層次設(shè)計由EDA工具來完成。EDA是電子技術(shù)設(shè)計自動化，也就是能夠幫助人們設(shè)計電子電路或系統(tǒng)的軟件工具。該工具可以在電子產(chǎn)品的各個設(shè)計階段發(fā)揮作用，使設(shè)計更復(fù)雜的電路和系統(tǒng)成為可能。在原理圖設(shè)計階段，可以使用EDA中的仿真工具論證設(shè)計的正確性；在芯片設(shè)計階段，可以使用EDA中的芯片設(shè)計工具設(shè)計制作芯片的版圖：在電路板設(shè)計階段，可以使用EDA中電路板設(shè)計工具設(shè)計多層電路板。特別是支持硬件描述語言的EDA工具的出現(xiàn)，使復(fù)雜數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計自動化成為可能，只要用硬件描述語言將數(shù)字系統(tǒng)的行為描述正確，就可以進(jìn)行該數(shù)字系統(tǒng)的芯片設(shè)計與制造。有專家認(rèn)為，21世紀(jì)將是四A技術(shù)的高速發(fā)展期，EDA技術(shù)將是對21世紀(jì)產(chǎn)生重大影響的十大技術(shù)之一。
EDA技術(shù)的基本特征:EDA代表了當(dāng)今電子設(shè)計技術(shù)的最新發(fā)展方向，利用EDA工具，電子設(shè)計師可以從概念、算法、協(xié)議等開始設(shè)計電子系統(tǒng)，大量工作可以通過計算機(jī)完成，并可以將電子產(chǎn)品從電路設(shè)計、性能分析到設(shè)計出IC版圖或PCB版圖的整個過程在汁算機(jī)上自動處理完成。設(shè)計者采用的設(shè)計方法是一種高層次的”自頂向下”的全新設(shè)計方法，這種設(shè)汁方法首先從系統(tǒng)設(shè)計人手，在頂層進(jìn)行功能方框圖的劃分和結(jié)構(gòu)設(shè)計。在方框圖一級進(jìn)行仿真、糾錯．并用硬件描述語言對高層次的系統(tǒng)行為進(jìn)行描述，在系統(tǒng)一級進(jìn)行駛證。然后，用綜合優(yōu)化工具生成具體門電路的網(wǎng)絡(luò)表，其對應(yīng)的物理實(shí)現(xiàn)級可以是印刷電路板或?qū)Ｓ眉呻娐?ASIC)。設(shè)計者的工作僅限于利用軟件的方式，即利用硬件描述語言和EDA軟件來完成對系統(tǒng)硬件功能的實(shí)現(xiàn)。由于設(shè)計的主要仿真和調(diào)試過程是在高層次上完成的，這既有利于早期發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計上的錯誤，避免設(shè)計工作的浪費(fèi)，又減少了邏輯功能仿真的工作量，提高了設(shè)計的一次性成功率。由于現(xiàn)代電子產(chǎn)品的復(fù)雜度和集成度的日益提高，一般分離的中小規(guī)模集成電路組合已不能滿足要求，電路設(shè)計逐步地從中小規(guī)模芯片轉(zhuǎn)為大規(guī)模、超大規(guī)模芯片，具有高速度、高集成度、低功耗的可編程朋IC器件已蓬勃發(fā)展起來。在EDA技術(shù)中所用的大規(guī)模、超大規(guī)模芯片被稱為可編程ASIC芯片，這些可編程邏輯器件自70年代以來，經(jīng)歷了CPm、IzPGA、CPLD、FPGA幾個發(fā)展階段，其中CPm(復(fù)雜可編程邏輯器件)／IzPGA(現(xiàn)場可編程邏輯器件)肩高密度可編程邏輯器件，目前集成度已高達(dá)200萬門／片以上，它將掩模ASIC集成度高的優(yōu)點(diǎn)和可編程邏輯器件設(shè)計生產(chǎn)方便的特點(diǎn)結(jié)合在一起，特別適合于樣品研制或小批量產(chǎn)品開發(fā)，使產(chǎn)品能以最快的速度上市，而當(dāng)市場擴(kuò)大時，它可以很容易地轉(zhuǎn)由掩模ASIC實(shí)現(xiàn)，因此開發(fā)風(fēng)險也大為降低�？梢哉fCPLE)／FPGA器件，已成為現(xiàn)代高層次電子設(shè)計方法的實(shí)現(xiàn)裁體。硬件描述語言(HDL)是EDA技術(shù)的重要組成部分，是EDA設(shè)計開發(fā)中的很重要的軟件工具，VHDL即：超高速集成電路硬件描述語言，仍量凡是作為電子設(shè)計主流硬件的描述語言。它具有很強(qiáng)的電路描述和建模能力，能從多個層次對數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行建模和描述，從而大大簡化了硬件設(shè)計任務(wù)，提高了設(shè)計較串和可靠性，用V佃L進(jìn)行電子系統(tǒng)設(shè)計的一個很大的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計者可以專心致力于其功能的實(shí)現(xiàn)，而不需要對不影響功能的與工藝有關(guān)的因素花費(fèi)過多的時間和精力。例如一個32位的加法器，利用圖形輸入軟件需要輸入500至1刪個門，而利用VHDL語言只需要書寫一行“A＝B十C”即可。使用硬件描述語言(HDL)可以用模擬仿真的方式完成以前必須設(shè)計和制作好的樣機(jī)上才能進(jìn)行的電子電路特性的說明和調(diào)試。能在系統(tǒng)行為級就發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)的錯誤、問題，并加以多次反復(fù)修改論證，避免了物理級器件的損傷和多次制作，節(jié)約了時間和開發(fā)成本，縮短了電子系統(tǒng)開發(fā)的周期。將EDA技術(shù)與傳統(tǒng)電子設(shè)計方法進(jìn)行比較可以看出，傳統(tǒng)的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計只能在電路板上進(jìn)行設(shè)計，是一種搭積木式的方式，使復(fù)雜電路的設(shè)計、調(diào)試十分困難；如果某一過程存在錯誤．查找和修改十分不便；對于集成電路設(shè)計而言，設(shè)計實(shí)現(xiàn)過程與具體生產(chǎn)工藝直接相關(guān)，因此可移植性差；只有在設(shè)計出樣機(jī)或生產(chǎn)出芯片后才能進(jìn)行實(shí)泅，因而開發(fā)產(chǎn)品的周期長。而電子EDA技術(shù)則有很大不同，采用
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